等精度量程自选数字频率计摘要51系列单片机是国内目前应用最广泛的一种8位单片机之一，随着嵌入式系统、片上系统等概念的提出和接受及应用，51系列单片机还会在继后很唱一段时间占据嵌入式系统产品的低端市场，因此，作为新世纪的大学生，在信息产业高速发展的今天，掌握单片机的基本结构、原理和使用时非常重要的。
随着电子技术的发展，当前数字系统的设计正朝着速度快、容量大、体积小、重量轻的方向发展。
频率测量是电子学测量中最为基本的测量之一。
本次课设使用单片机At89C52为核心，使用等精度测频原理，设计量程自选的数字频率计。
采用C语言编写程序，测量范围0.01Hz~400KHz，测量精度能达到0.01。
测量结果在1602液晶上显示。
关键字：AT89C52单片机，量程自选数字频率计，等精度测频Summary51 series is the currently the most widely used one 8-bit microcontrollers with embedded systems, the concept of on-chip systems, and applications made and whips acceptable, 51 series will be singing in the subsequent period of time is occupied low-end embedded system products market, therefore, as the new century, college students, high-speed development in the information industry today, the master microcontroller's basic structure, principles and use is very important.With the development of electronic technology, the current design of digital systems is moving fast, large capacity, small size, light weight and direction.Frequency measurement is the measurement electronics, one of the most basic measurements. The class is located using the microcontroller At89C52 core, use of precision frequency measurement principle, the design range of optional digital frequency meter. Using C language program, measuring range 0.01Hz ~ 400KHz, measurement accuracy can reach 0.001. Measurements in 1602 Displayed on the LCD.Keywords: AT89C52 microcontroller, range-demand digital frequency meter, and other precision frequency measurement目录1.方案论证5 1.1单片机芯片的选择方案和论证 (5)1.2显示模块选择方案和论证 (5)1.3测频方案论证： (6)1.4电路设计最终方案决定 (7)2系统的硬件设计与实现7 2.1电路设计框图 (7)2.2系统硬件概述 (7)2.3单片机主控制模块的设计 (8)2.4 阀门控制模块的设计 (10)2.5电路原理及说明 (13)2.6单片机控制过程 (16)2.7显示模块的设计 (17)3系统的软件设计18 3.1程序流程框图 (18)3.2主程序： (19)4Proteus软件仿真20 4.1 Proteus ISIS简介 (20)4.2 Proteus运行流程 (21)4.3 Proteus功能仿真 (22)5 测试与结果分析24 5.1硬件测试 (24)5.2软件测试 (26)5.3测试结果分析与结论 (26)5.3.1测试结果分析 (26)5.3.2测试结论 (27)6课程设计总结与体会27参考文献29附录30附录一：proteuse仿真图 (30)附录二：总体接线图 (31)附录三：PCB制版布线 (32)附录四：程序清单 (33)1.方案论证1.1单片机芯片的选择方案和论证方案一:采用89C51芯片作为硬件核心，采用Flash ROM，内部具有4KB ROM 存储空间,能于3V的超低压工作,而且与MCS-51系列单片机完全兼容,但是运用于电路设计中时由于不具备ISP在线编程技术, 当在对电路进行调试时，由于程序的错误修改或对程序的新增功能需要烧入程序时，对芯片的多次拔插会对芯片造成一定的损坏。
方案二:采用AT89S52,片内ROM全都采用Flash ROM；能以3V的超底压工作；同时也与MCS-51系列单片机完全该芯片内部存储器为8KB ROM 存储空间，同样具有89C51的功能，且具有在线编程可擦除技术，当在对电路进行调试时，由于程序的错误修改或对程序的新增功能需要烧入程序时，不需要对芯片多次拔插，所以不会对芯片造成损坏,所以选择采用AT89S52作为主控制系统。
1.2显示模块选择方案和论证方案一：采用LED数码管动态扫描,LED数码管价格适中,对于显示数字合适,采用动态扫描法与单片机连接时,占用的单片机口线多，连线还需要花费一点时间，所以也不用此种作为显示。
方案二：采用点阵式数码管显示，点阵式数码管是由八行八列的发光二极管组成，对于显示文字比较适合,如采用在显示数字显得太浪费,且价格也相对较高,所以也不用此种作为显示。
方案三：采用LCD液晶显示屏,液晶显示屏的显示功能强大,可显示大量信息,显示多样,清晰可见。
所以在此设计中采用LCD1602液晶显示屏.1.3测频方案论证：方案一：传统的测频方法有直接测频法和测周法，在一定的闸门时间内计数。
门控信号和被测信号不同步。
计数值会产生一个脉冲的误差。
方案二：等精度测频法采用门控信号和被测信号同步．消除对被测信号计数产生的一个脉冲的误差。
等精度频率测量方法消除了量化误差，可以在整个测试频段内保持高精度不变。
其精度不会因被测信号频率的高低而发生变化。
采用单片机作为控制核心的等精度频率计，可以分利用单片机软件编程技术实现等精度测频。
通过单片机对同步门的控制。
使被测信号和标准信号在闸门时问内同步测量，为了提高精度。
将电子计数功能转为测周期，采用多周期同步测量技术。
实现等精度测量。
测量时进行量程自选。
传统的频率计测量误差较大，等精度频率计以其测量准确、精度高、方便等优势将得到广泛的应用。
1.4电路设计最终方案决定综上各方案所述,对此次课设的方案选定: 采用AT89S52作为主控制系统; 等精度测频方案，测量时进行量程自选;在LCD1602液晶显示屏作为显示。
2系统的硬件设计与实现2.1电路设计框图电路设计框图如图1所示：图1系统总体原理图2.2系统硬件概述系统组成由AT89C52单片机，1602液晶模块，7474D触发器，电容电阻等。
AT89S52片内集成256字节程序运行空间、8K字节Flash存储空间，支持最大64K外部存储扩展。
根据不同的运行速度和功耗的要求，时钟频率可以设置在0-33M之间。
片内资源有4组I/O 控制端口、3个定时器、8个中断、软件设置低能耗模式、看门狗和断电保护。
可以在4V到5.5V宽电压范围内正常工作。
不断发展的半导体工艺也让该单片机的功耗不断降低。
同时，该单片机支持计算机并口下载，简单的数字芯片就可以制成下载线，仅仅几块钱的价格让该型号单片机畅销10年不衰。
本频率计的设计以AT89C51单片机为核心，利用它内部的两个定时/计数器完成待测信号周期/频率的测量。
在使用计数方法实现频率测量时，这时外部的待测信号为定时/计数器的计数源，利用软件延时程序实现计数闸门。
首先定时/计数器的计数寄存器清0，运行控制位TR置1，通过7474 D 触发器，启动定时/计数器；然后运行软件延时程序。
同时定时/计数器对外部的待测信号进行计数，延时结束时TR清0，停止计数；最后从计数寄存器读出测量数据，完成数据处理后，由1602液晶显示测量结果。
主要单元电路的设计2.3单片机主控制模块的设计AT89S52单片机为40引脚双列直插芯片,有四个I/O口P0,P1,P2,P3, MCS-51单片机共有4个8位的I/O口（P0、P1、P2、P3），每一条I/O线都能独立地作输出或输入。
图2单片机引脚图单片机AT89C51内部具有2个16位定时/计数器，定时/计数器的工作可以由变成来实现定时、计数和产生计数溢出中断要求的功能。
在构成为定时器时，每隔几期周期加1（使用12MHz 时钟时，每1us加1）这样以及其周期为基准可以用来测量时间间隔[6]。
在构成计数器时，在相应的外部引脚发生从1到0的的跳变时计数器加1，这样在计数闸门的控制下可以用来测量待测信号的频率。
外部输入每隔及其周期被采样一次，这样检测一次从1到0的跳变至少需要2个机器周期（24个震荡周期），所以最大计数速率为时钟频率的1/24（使用12MHz时钟时，最大计数速率为500KHz）。
定时/计数器的工作由相应的运行控制位TR 控制，当TR置1，定时/计数器开始计数；当TR清0，停止计数。
单片机的最小系统如图２所示,18引脚和19引脚接时钟电路,XTAL1接外部晶振和微调电容的一端,在片内它是振荡器倒相放大器的输入,XTAL2接外部晶振和微调电容的另一端,在片内它是振荡器倒相放大器的输出。
第9引脚为复位输入端,接上电容,电阻及开关后够上电复位电路,20引脚为接地端,40引脚为电源端。
图3 主控制系统2.4 阀门控制模块的设计基于传统测频原理的频率计的测量精度将随被测信号频率的变化而变化。
传统的直接测频法其测量精度将随被测信号频率的降低而降低。
测周法的测量精度将随被测信号频率的升高而降低，在实用中有较大的局限性，而等精度频率计不但具有较高的测量精度，而且在整个频率区域能保持恒定的测试精度。
等精度频率的测量原理图2所示At89c52fx图4等精度频率的测量原理频率为fx 的被测信号输入到同步门控制电路和主门1f 闸门)，晶体振荡器的输出信号作为标准信号f 时基信号)输入到主门2。